变频器供水系统(单泵) (9999) 2

沈阳理工大学课程设计图3.3变频器的I/O端点连接送PLC的变频器故障信号我们选择从Y3输出，Y3的内部功能设定选择为报警功能，变频器发生指定的故障时输出信号。变频器的输出电源接接触器，它给所有的工频回路的接触器都提供电源信号，但是具体的哪一台接触器接通由PLC控制。变频器的输出端子(U,V,W)按正确的相序连接至交流接触器的输入电源端子上。如果电机旋转方向不对，则说明连接相序有错，则改变U、V,W中的任意两相的接线。变频器和电动机(水泵)间配线很长时，由于线间分布电容产生较大的高频电流，可能造成变频器过电流跳闸.另外，漏电流增加，电流值指示精度变差。对于本系统中的变频器，变频器和电动机(水泵)之间的距离最好小于50米，如果配线很长时，则必须连接输出侧滤波器选件(OFL滤波器)。接线时还有一点需要注意的是，为了安全和减少噪声，变频器的接地端子G必须良好接地。为了防止电击和火警事故，电气设备的金属外壳和框架均应按照国家电气规程要求接地。接地线要粗而短，变频器系统应连接专用接地极，及不要和别的系统串联接地或共同接地（具体接法见图3.3，在最后的程序中，因本人能力有限，故将报警装置去除，在实际应用中应当加入）。采用变频器驱动异步电动机调速。在异步电动机确定后，通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值(最大值)来选择变频器。当运行方式不同时，变频器容量的计算方式和选择方法不同，变频器应满足的条件也不一样。选择变频器容量时，变频器的额定电流是一个关键量，变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。该系统用一台变频器使多台电机并联运转，对于一台电机开始起动后，再追加投入其他电机起动的场合，此时变频器的电压、频率已经上升，追加投入的电机将产生大的起动电流，因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些。3.3型号选择3.3.1变频器的型号选择根据电机的选择，选用110kw的变频器来拖动100kw的电机，这样可以大大的降低故障的发生率，延长设备的使用寿命西门子MM430是一款专门为风机和水泵设计的变频器，具有丰富的软件设置参数，可以扩展实现多种功能，能够适应各种复杂工况下的需要。通过对MM430的PID参数设定，可以在不增加任何外在设备的条件下，实现供水压力的恒定，提高供水质量，同时减少能量损耗。以往的恒压供水设备，往往采用带有模入/模出的可编程控制器或PID调节器，PID算法编程难度大，设备成本高，调试困难。MM430系列变频器内置的PID功能，可以进行精确的PID控制，不仅节省了安装调试时间，还有效的降低了设备成本，是进行此类控制的首选本系统中，采用MciorMaster430系列变频器，型号为6SE6430-2UD41-3FB0，额定电流为205A，额定功率110kW。MicroMaster430系列变频器是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家，功率范围7.5kW至250Kw。它按照专用要求设计，并使用内部功能互联(BiCo)技术，具有高度可靠性和灵活性，牢固的EMC(电磁兼容性)设计；控制软件可以实现专用功能：多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等。变频器运行过程中，反馈回来的信号与主设定值进行比较，如果反馈值小于主设定值时，变频器的频率会自动提升，以提高目标压力；如果反馈值大于主设定值时，变频器的频率会自动降低，以降低目标压力。3.3.2其他低压电器的选择1断路器当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将QF切断，使变频器与电源隔离。当变频器输入侧发生短路等故障时，进行保护。选择原则(1)变频器在刚接电源的瞬间，对电容器的充电电流可达额定电流的2~3倍；(2)变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常可能超过额定电流；(3)变频器允许的过载能力为150%，1min。为了避免误动作，断路器的额定电流应选：其中为变频器的额定电流。故选择断路器额定电流选择270A2接触器(1)主要作用：可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；变频器发生故障时，可自动切断电源。(2)选择原则：由于接触器自身并无保护功能，不存在误动作的问题，故选择原则是主触点的额定电流，应该大于188.2A,可以选择主触点额定电流为200A的接触器。3.4系统主电路设计供水系统主电路设计如图3.4所示，采用了一台变频器同时连接两台电动机，所以必须确保开关KM1和KM2电气互锁，互锁功能由软件和硬件实现。在变频水泵出现问题或紧急情况下，可以起用备用水泵。三台电机分别为M1、M2、M3，它们分别带动水泵1#、2#和备用泵。接触器KM3、KM4、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM1、KM2分别控制M1、M2的变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QF1、QF2、QF3分别为变频器和三台水泵电机主电路的空气低压断路器；FU为主电路的熔断器，用作短路保护。三相电源经低压熔断器、自动空气低压断路器接至变频器的L1、L2、L3端，变频器的输出端U、V、W通过接触器的触点接至电机。当电机由变频切至工频运行时，应先将变频器停车，再将变频器输出端的接触器断开，避免变频器输出端接断路，再接通工频运行的接触器。主电路中的低压熔断器除接通电源外，同时实现短路保护，每台电动机的过载保护由相应的热继电器FR实现。变频和工频两个回路不允许同时接通，所以KM1和KM3、KM2和KM4相互之间必须设计可靠的互锁。开关KM6控制变频器的启停，由PLC给出启动或停止信号，变频器启停。压力变送器将测得的管网压力转化为电信号输入给变频器的模拟输入端作为模拟输入。初始运行时，必须观察电动机的转向，使之符合要求。如果转向相反，则可以改变电源的相序来获得正确的转向。系统启动、运行和停止的操作不能直接断开主电路(如直接使熔断器或隔离开关断开)，而必须通过变频器实现软启动和软停。图3.4主电路图3.5系统的控制电路设计根据控制系统实际所需端子数目，考虑PLC端子数目要有一定的预留量，因此选用的S7-200型PLC的主模块为CPU224，其开关量输出为10点，输出形式为AC220V继电器输出；开关量输入CPU224为14点，输入形式为+24V直流输入。系统的控制线路如图3.5所示。本变频恒压供水系统有8个输入量，全部是数字量输入。按钮SB0用来启动启动工作循环，它作为开关量输入I0.0；按钮SB1用来停止工作循环，使PLC回到初始状态，它作为开关量输入I0.1；液位变送器把测得的水池水位转换成标准电信号后送入一个可以设置上下限位来输出开关量的数显表，在数显表中设定水池水位上下限对应的电流，当水池液位低于或超出上下限时，数显表输出高电平1，送入I0.2；变频器的故障输出端与PLC的I0.7相连，作为变频器故障报警信号；变频器频率达到上限信号与I0.3相连；变频器频率到达下限的信号与I0.4相连。本变频恒压供水系统有10个数字量输出信号。Q0.1~Q0.4分别输出两台水泵电机的工频/变频运行信号；Q0.0输出启动变频器信号；Q0.5输出启动备用泵信号；Q0.6输出1#泵故障报警灯信号；Q0.7输出2#泵故障报警灯信号；Q1.0输出液位报警灯信号；Q1.1输出变频器故障报警灯信号。图3.5系统的控制电路3.6变频器参数设置由于SIEMENSMM430变频器自带了PID模块，我们不需要进行PID调节器的设计，只需进行必要的参数设置就可以了。首先将DIP2开关2拨到ON位置，设置模拟输入2并选择为4~20mA输入。然后设置变频器参数：P0756(0)对应模拟量输入1通道，P0756(1)对应模拟量输入2通道；P0756可能的设定值:=0,单极性电压输入(0至380V)；=1,带监控的单极性电压输入(0至380V)；=2,单极性电流输入(0至20mA)；=3,带监控的单极性电流输入(0至20mA)；=4双极性电压输入(-380V至+380V)。选择的是输入类型为单极性电流输入（0至20mA），由于压力变送器传送的是4~20mA电流信号，如果用此信号作为变频器的频率给定信号,将出现频率给定误差。变频器的缺省设置为0~20mA对应0~50Hz，为了使4~20mA对应0~50Hz，设置参数如下P0757=4，P0758=0，P0759=20，P0760=100%。由于电网的限制以及变频器和电机工作频率的限制，50Hz成为频率调节的上限频率。另外，变频器的输出频率不能够为负值，最低只能是0Hz。其实，在实际应用中，变频器的输出频率是不可能降到0Hz。因为当水泵机组运行，电机带动水泵向管网供水时，由于管网中的水压会反推水泵，给带动水泵运行的电机一个反向的力矩，同时这个水压也在一定程度上阻止源水池中的水进入管网，因此，当电机运行频率下降到一个值时，水泵就己经抽不出水了，实际的供水压力也不会随着电机频率的下降而下降。这个频率远大于0Hz，具体数值与水泵特性及系统所使用的场所有关，一般在20Hz左右。所以选择50Hz和20Hz作为水泵机组切换的上下限频率。P0700=2，控制命令源为端子控制；P0701=1，数字输入1，接通正转/停车命令；P0731=53.B,设置数字输出1为变频器频率已达上限输出；P0732=53.A,设置数字输出2为变频器频率已达下限输出；P0733=52.3,设置数字输出3为变频器故障输出；P2240=68%用户压力设定值的百分比，为键盘给定值，对于0~1MPa的量程4~20mA的信号，设定值为0.08Mpa对应的电流应为126.6×0.08+4=14.128A；P2257=15s,PID设定值的斜坡上升时间为15s；P2258=15s,PID设定值的斜坡下降时间为15s；P2265=1s,PID反馈值滤波时间为1s。详细参数的设置如表3.6所示。表3.6MM430参数预置表参数参数说明参数参数说明P0003=3用户访问级别为专家级P0731=53.B数字输出1为电机频率已达上限输出P0700=2选择命令源，选择为端子启停P0732=53.A数字输出2为电机频率低于下限输出P1000=1频率设定选择为键盘设定P0733=52.3数字输出3为变频器故障输出P1080=20Hz限定电机的下限频率P2200=1闭环控制选择，PID功能P1082=50Hz限定电机的上限频率P2231=1允许存储P2240的设定值P0004=22参数滤过，选择PID应用宏P2240=68%键盘给定的PID设定值P0701=1数字输入1的功能接通正转/停车命令P2253=2250选择P2240的值作为PID给定值P0756(1)=2模拟量输入2作为反馈0-20mA信号P2264=755.1PID反馈信号源于模拟通道2P0757=4模拟设定值X1的值P2265=1sPID反馈值滤波时间为1sP0758=0模拟设定值Y1的值P2257=15sPID设定值的斜坡上升时间为15sP0759=20模拟设定值X2的值P2258=15sPID设定值的斜坡下降时间为15sP0760=100%模拟设定值Y2的值P2280=3PID的比例增益系数P2285=15sPID的积分时间P2274=0PID的微分时间3.7远传压力表本系统采用YTT-150型差动远传压力表，此表适用于测量对钢及铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。因为在仪表内部设置一滑线电阻式发送器，故可把被测值以电量值传至远离测量点的二次仪表上，以实现集中检测和远距离控制。此外，YTT-150型差动远传压力表既可对所测压力作现场指示又能转换为0-10mA•DC或4-20mA•DC,标准电流信号输出。3.7.1主要技术指标a.精确度等级：1.5b.发送器起始电阻值：3～20Ωc.发送器满度电阻值：340～400Ωd.发送器接线端①②外加电压不大于6Ve.滑线电阻式发送器接线图f.使用环境条件：-40～60℃，相对湿度不大于85%，且震动和被测（控）介质的急剧脉g.温度影响：使用温度偏离20±5℃时，其温度附加误差不大于0.4%/10℃。h.重量：1.2kg3.7.2结构原理本仪表由一个弹簧管压力表和一个滑线电阻式发送器等所组成。仪表机械部份的作用原理与一般弹簧管压力表相同。由于电阻发送器系设置在齿轮传动机构上，因此当齿轮传动机构中的扇形齿轮轴产生偏转时，电阻发送器的转臂（电刷）也相应地得以偏转，由于电刷在电阻器上滑行，使得被测压力值的变化变换为电阻值的变化，而传至二次仪表上，指示出一相应的读数值。同时，一次仪表也指示相应的压力值。4软件设计4.1系统流程图要通过PLC控制器实现水泵的切换与系统的故障检测，本系统设计为：系统启动后，泵1首先进入变频运行，当出现压力上限时，变频泵切换为工频，启动另一台泵变频运行，当出现压力下限时，工频泵切除，仅又变频泵工作，系统程序设计流程图。图4.1变频恒压供水系统梯形图设计流程图4.2操作说明书SB1为启动按钮SB2为停机按钮HL1（绿灯）为泵1变频运行HL2（红灯）为泵1工频运行HL3（红灯）为泵2工频运行HL4（绿灯）为泵2变频运行HL5为水泵机组过载报警指示灯HL6为VVVF故障报警指示灯HR1为系统故障报警警铃水泵机组启动后，泵1首先进入运行状态当上述故障出现其一，系统立即停止，并报警5结术语近年来国内高层建筑不断兴建，它的特点是高度高、层数多、体量大。面积可达几万平方米到几十万平方米。这些建筑都是一个个庞然大物，高高的耸立在地面上，这是它的外观，而随之带来的内部的建筑设备也是大量的。为了提高设备利用率，合理地使用能源，加强对建筑设备状态的监视等，自然地就提出了自动化控制系统。在短短的几年内，调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过程，早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替。自动化恒压供水系统的飞跃发展给我国的小区供水带来了很大的便利。它充分利用了变频软启动和PLC技术的相结合实现一拖多泵的供水系统。PLC编程在工业领域更适用，它通过梯形图编程、它更容易被人们理解。PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。自从